基于丝光沸石的新型傅氏烷基化催化剂的制备与表征

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傅氏烷基化在有机化学中是一类很重要的反应。此类反应中,苄基醇或者苄基氯与苯或其他芳香族化合物的苄基化反应,可以用来制备二苯甲烷及其衍生物,这类有机分子在医药产业和精细化工中是很重要的化合物。苄基化反应通常是在液相中进行的,所使用的催化剂往往是均相催化剂,从而引起了环境污染和催化剂难以重复利用等弊端。为了解决这些问题,本文针对多相催化剂进行了研究。首先,在水热条件下以硅酸粉末为硅源合成了低硅铝比的微孔丝光沸石。并通过酸碱处理制备出介孔的丝光沸石(H-M-Mor),并进行了X-射线粉末衍射(XRD),N2吸附以及扫描电子显微镜(SEM)的表征。随后以H-M-Mor为基础通过离子交换的方法制备了含铁的多级孔丝光沸石(Fe-M-Mor),其在苯与苄基氯的反应中展现了较高的催化活性,其速率常数是Fe-Mor的10倍。并且Fe-M-Mor在数次重复使用后,催化活性没有明显的下降。为了构建环境友好型化学,又以一种Si/Al为15的商业硅铝丝光沸石为基础,通过连续的合成后处理制备了硅铝多级孔丝光沸石。并进行了XRD, N2吸附,SEM,TEM,29Si MAS NMR,27Al MAS NMR,传质系数测量的表征。XRD结果表明处理过程中并没有破坏丝光沸石的长程有序性,而N2吸附,SEM,TEM等结果证明了多级孔的形成。苯与苄基醇的烷基化反应显示,酸处理的丝光沸石HMORA的反应速率常数是微孔样品的6倍,而通过连续的酸-碱-酸处理得到的多级孔丝光沸石HMORA(0.2)-30A展现出了最高的活性,其反应速率常数是本体样品的15倍,也是酸处理样品和酸碱处理样品的2倍。结合各种分析结果表明,多级孔丝光沸石催化活性的显著提升应归因于其具有更多易接近的活性中心和更丰富的介孔。最后,为进一步研究不同分子对傅氏烷基化的影响,选用分子尺寸更大的对二甲苯和均三甲苯与苄基醇进行反应。结果表明随着分子尺寸的增大,硅铝多级孔沸石分子筛的催化活性逐渐降低,而使用介孔孔容更大的HMORA(0.5)-30A催化此反应,活性得到了明显的提升,说明在傅氏烷基化反应中,随着分子尺寸的增大传质性能可能成为了影响催化剂活性的关键因素。
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